第一篇：電氣自動化畢業(yè)論文

電氣自動化畢業(yè)論文

基于plc的電氣自動化畢業(yè)論文

數(shù)控機床電氣控制簡析

摘要：對數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的控制方式、系統(tǒng)功能、主要實現(xiàn)部件，進行了選擇和分析，然后給出一個完整的基于plc的數(shù)控機

床電氣控制系統(tǒng)工作原理方案。

關(guān)鍵詞：plc；數(shù)控機床；電氣控制

目前數(shù)控機床相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，不僅要對各機床各個坐

標軸的位置進行連續(xù)控制外，而且需要對機床主軸停止、轉(zhuǎn)向

和進給運動的啟動和停止、刀庫及換刀機械手控制、切削液開

關(guān)、夾具定位等動作，進行特性次序控制。特定次序的控制信

息，由輸入/輸出控制，如控制開關(guān)、行程開關(guān)、壓力開關(guān)、溫

度開關(guān)等輸入元件，繼電器、接觸器和電磁閥等輸出元件控

制，同時還包括主軸驅(qū)動和進給伺服驅(qū)動的使能控制和機床

報警處理等[1~5]。

隨著可編程序控制器（plc）技術(shù)的發(fā)展，上述綜合功能是

可以由數(shù)控機床中的可編程序控制器來完成的[1~2]。它是由輸

入部分，邏輯部分和輸出部分組成，輸入部分收集并保存被控

制部分實際運行的數(shù)據(jù)，邏輯部分處理輸入部分所取得的信

息，并判斷哪些功能需做出輸出反應(yīng)。輸出部分提供正在被控

制的許多裝置中，哪幾個設(shè)備需要實時操作處理。筆者基于

plc控制來分析對一類數(shù)控機床的電氣控制設(shè)計，主要包括

對控制方式的選擇和分析；對電氣控制系統(tǒng)中的主要實現(xiàn)部

件進行分析和選用，以及提出完整的基于plc的數(shù)控機床電

氣控制系統(tǒng)工作原理方案。

1基于p lc的數(shù)控機床電氣控制方式的選擇

數(shù)控機床電氣控制方式優(yōu)劣，決定了控制系統(tǒng)的成敗[3,5]。

本文所提及的系統(tǒng)，要控制機床實現(xiàn)高速高精度的加工，所以

系統(tǒng)的性能至關(guān)重要：首先要根據(jù)預(yù)定要求和被控對象的特

征、控制精度、系統(tǒng)運行速度等限制進行了綜合考慮，同時，充

分考慮系統(tǒng)的性能價格比等因素，確定x、y軸采用pc機+

運動控制器+電機+光柵尺的方式進行閉環(huán)控制。采用此種

方式，pc機發(fā)揮了強大的文件處理功能、人機交互功能以及

高速的數(shù)據(jù)處理功能，運動控制器則體現(xiàn)了高可靠性、高速

性、高精度等優(yōu)點，光柵尺則為系統(tǒng)提供了高達1μm的精度

的位置信息。同時，運動控制器可以接入機床的各種傳感器，

并及時做出處理，提高了整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。運動控

制卡只能接入少數(shù)幾根軸，而運動控制器可以大量擴展軸的

數(shù)目，為系統(tǒng)以后的升級帶來便利。運動控制器同時還可以通

過一個標準接口接入一個plc系統(tǒng)，即運動控制器同時可以

執(zhí)行plc功能。

2數(shù)控機床的功能分析

本文分析的數(shù)控機床，是一拖四的機床，有x、y軸和四

個z軸上的伺服電機，來進行工作臺定位；x、y、z軸可以聯(lián)

動，四個z軸可以同時運動，也可以分開運動。

為了提高加工精度，工作臺的x、y軸運動，利用光柵尺

實現(xiàn)全閉環(huán)控制，對工作臺進行精確定位。通過外擴模擬量

i/o點對高速變頻器進行控制，實現(xiàn)四個主軸電機可以進行啟

停分開控制，轉(zhuǎn)速同步控制。x、y軸進行兩側(cè)硬限位和軟限位

雙重保護，對z軸下側(cè)進行軟硬限位。主軸轉(zhuǎn)速高達16萬

r/min，實現(xiàn)較高的加工效率，并配備專用的冷卻水泵對電機

進行冷卻，同時實時檢測電機溫度，提供溫度保護。為每根主

軸安裝機械手和刀庫，實現(xiàn)自動換刀和手動換刀可選擇。為了

提高加工質(zhì)量，機械手換刀后，進行刀具深度和位置檢測。加

工過程中，實時檢測刀具磨損以及斷刀情況，出現(xiàn)刀具失效，

可以自動通過機械手換刀或者提示操作者手動換刀。為了穩(wěn)

定加工，系統(tǒng)具有高速的上下位機通訊功能，上位機可以隨時

對下位機進行控制，下位機也把各種信息傳到上位機。

3電氣控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)由pc機(工控機)，simotion，電源模塊，電機模

塊，電機，光柵尺，smc30(傳感器模塊)，分布式1/0et200m(包括

數(shù)字量模塊和模擬量模塊)，機械手，主軸變頻器，高速主軸以

及多個傳感器以及限位開關(guān)組成。具體的分析及其選用如下：

3.1上位機

上位機是一臺pc機(工控機)，主要負責(zé)從加工文件中讀

取需要數(shù)控機床加工流程（以鉆孔為例）的鉆孔的孔位和孔徑

信息，以及為用戶提供友好的界面設(shè)定加工參數(shù)，最后通過

tcp/ip協(xié)議，把這些數(shù)據(jù)傳到運動控制器。3.2 s imotion運動控制器

simotion d是整個控制系統(tǒng)地核心，所以simotion d

的運行速度和可靠性，會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生決定性影響。本系統(tǒng)

選擇的simotiond內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是由西門子plc5300和西門子

的運動控制cpu組合而成，所以繼承了plc工業(yè)運用上的高

可靠性優(yōu)點，同時也繼承了運動控制系統(tǒng)對運動控制的靈活

性。simotion是一個全新的西門子運動控制，它是世界上第

一款針對生產(chǎn)機械而設(shè)計的控制系統(tǒng)。simotion的目的是為

實現(xiàn)各種運動控制任務(wù)提供一種簡單、靈活的控制系統(tǒng)。為了

確保成為最佳的控制方案，simotion的功能得到了很大程度

的擴展。simotion主要有三大功能：

（1）運動控制；

（2）邏輯控制，例如，對輸入信號的邏輯門處理，以及對輸

出信號的分析與賦值；

（3）工藝控制，例如壓力控制、溫度控制等。

目前simotion面向的行業(yè)，主要是運動復(fù)雜、速度及精

度的要求較高的制造機械、包裝機械，橡塑機械，鍛壓機械，紡

織機械，以及其他生產(chǎn)機械領(lǐng)域。

3.3電源模塊

一般變頻器的工作方式，為先把一定頻率的交流電變?yōu)?/p>

直流電，再由逆變器把直流電變?yōu)橹付�頻率的交流電。simo-

tion運動控制系統(tǒng)，采用通過電源模塊把工業(yè)交流電變?yōu)橹?/p>

流電，再分配給多個電機模塊的方式。電源模塊分為可調(diào)電源

模塊和不可調(diào)電源模塊。可調(diào)電源模塊，可以根據(jù)參數(shù)把它轉(zhuǎn)

化出來的直流電穩(wěn)定到一個指定的可變值，并且具有與

simotion通信的功能；不可調(diào)電源模塊，只能輸出一個固定

的直流電壓，而且不能同simotion通信。

3.4電機模塊

電機模塊主要是把540v或600v的直流電，逆變成指定

頻率的三相交流電，供給電機使用。目前的電機模塊有兩種類

型：書本型和裝機裝柜型。書本型又分為單軸電機模塊和雙軸

電機模塊，單軸為3-200a；雙軸為3-18a；電機模塊和主控單

元之間通過drive-cliq接口，進行快速數(shù)據(jù)交換。

因為要對x、y和四個z軸進行伺服控制，所以采用3個

書本型雙電機控制模塊，來對6個軸進行控制。

3.5伺服電機

伺服電機是數(shù)控系統(tǒng)的動力提供者，本系統(tǒng)的x、y和4

個z軸，都采用的是高動態(tài)相應(yīng)的交流伺服電機。電機可以進

行矢量控制和伺服控制，電機上還帶有旋轉(zhuǎn)編碼器，用來組成

一個電機位置閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)對電機的精確控制。

電機本身所帶編碼器的精度在10μm左右。電機也具有

drive-cliq接口，可以實時上傳電機的狀態(tài)參數(shù)，在系統(tǒng)自

動組態(tài)時，可以上傳自己的銘牌數(shù)據(jù)，極大地方便了系統(tǒng)組

態(tài)。同時電機上邊全部用標準安全接口，為電機接線時，只需

把相應(yīng)的插頭插入即可。

3.6光柵尺

西門子伺服電機本身帶有編碼器，但是電機編碼器的精

度只能達到10μm，離要求的5μm差距較大。所以用外部光

柵尺檢測工作臺的位置，并把精確的位置信息通過smc30(傳感器模塊)轉(zhuǎn)換成標準信號，傳遞給simotion進行處理。光柵

尺選用業(yè)界知名的renishawww.hmlawpc.comotion的擴展模塊et200中，再送入simotion中，運用 simotion強大的工藝處理、邏輯處理能力，對這些信號進行 處理，從而完成整個的加工任務(wù)。

5結(jié)束語

數(shù)控設(shè)備在我國已廣泛生產(chǎn)和應(yīng)用，但水平還不高，這嚴 重制約著我國生產(chǎn)加工工藝的提高。究其原因，主要體現(xiàn)在電 氣控制部分。本文給出的數(shù)控機床電氣控制思想和方法，經(jīng)過 長期運行，證明其設(shè)計合理，控制精度高，性能可靠，能大大提 高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，不失為一種優(yōu)秀的數(shù)控電氣控制方案。 參考文獻：

[1]李華.plc在數(shù)控機床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[j].職業(yè)圈，201*，(07x): 158-159.

[2]李紀三，舒朝君，劉永喜.plc在數(shù)控機床功能控制中的應(yīng)用[j].機 床電器，201*，35(2):12-14.

[3]仲興國.利用plc進行數(shù)控機床故障維修的方法[j].制造技術(shù)與 機床，201*，(6):144-146.

[4]盧成斌.plc和變頻器在車床數(shù)控改造中的應(yīng)用[j].數(shù)控機床市 場，201*，(1):94-96.

[5]李鐵軍，張淑敏.plc在數(shù)控機床電氣控制方面的應(yīng)用[j].機械工 程師，201*，(9):23-25.

第二篇：201*年成教院電氣自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計論文題目

201*年成教院電氣自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計題目

1、xxx工廠供電設(shè)計

2、xxx35kv變電站設(shè)計

3、xxx110kv變電站設(shè)計

4、電梯plc控制系統(tǒng)

5、恒壓供水控制系統(tǒng)

6、風(fēng)機變頻控制設(shè)計

7、膠帶運輸機變頻控制系統(tǒng)設(shè)計

8、基于matlab異步電機交交變頻控制系統(tǒng)仿真研究

9、變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計

10、xxx縣供電系統(tǒng)存在問題及解決方案的研究

11、電能質(zhì)量控制技術(shù)的研究

12、諧波分析與抑制技術(shù)的研究

13、無功補償技術(shù)的研究

14、xxx裝置的研制

15、提升機控制系統(tǒng)的研究

16、xxx（如操作票）管理？（信息）系統(tǒng)的研究

17、電機車控制系統(tǒng)的研究（信集閉系統(tǒng)）

18、煤礦新型開關(guān)的研究

20、電廠鍋爐給煤機控制系統(tǒng)的設(shè)計

21、電廠除塵控制系統(tǒng)的設(shè)計

大型輸變電站系統(tǒng)的設(shè)計

一、課題研究的意義

大型輸變電站是供電系統(tǒng)的樞紐，學(xué)會和掌握其設(shè)計、計算和供電設(shè)備的合理選用對電氣自動化專業(yè)的學(xué)生至關(guān)重要，開展本課題的研究，可以了解和熟悉整個高低壓供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、結(jié)線方式及其計算方法的全過程，實際掌握設(shè)計的能力和設(shè)備選型的本領(lǐng)。

二、課題研究的基本思路

利用學(xué)過的電機及電器原理和使用知識、電氣控制技術(shù)方面的知識、工廠供電技術(shù)知識等完成本設(shè)計，根據(jù)參觀得來的變電站結(jié)線結(jié)構(gòu)知識以及一般應(yīng)用實例進行，要考慮到高壓低壓各種電氣設(shè)備以及短路電流的影響，結(jié)合設(shè)計合理選用各種電氣設(shè)備。

三、課題研究所涉及到的知識

電工技術(shù)、電氣控制技術(shù)和供配電技術(shù)以及其他相關(guān)電氣專業(yè)知識，利用掌握的電氣繪圖知識完成電氣線路圖的繪制。

起重機電氣控制線路設(shè)計

一、課題研究的意義

根據(jù)指導(dǎo)教師的指導(dǎo)將任意一臺比較先進的機床或者注塑機以及起重機等任意一臺設(shè)備，使用學(xué)過的電氣控制技術(shù)和其他相關(guān)知識，設(shè)計出一套獨立的電氣控制線路。要求電氣控制技術(shù)經(jīng)濟合理，各種元器件選用符合要求。

二、課題研究的基本思路

根據(jù)已經(jīng)學(xué)過的專業(yè)知識和繪圖能力進行設(shè)計，設(shè)計思路要明確，設(shè)計方法要合理，技術(shù)路線和方案要求比較先進，元器件選用要符合技術(shù)要求，電氣控制線路繪制要符合規(guī)范及標準要求。

三、課題研究所涉及到的知識

高、低壓電器知識，電器元件的工作原理和使用注意事項，電氣控制技術(shù)和plc的基本知識。電氣制圖的知識。

第三篇：電氣工程與自動化專業(yè)畢業(yè)論文

高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)在火力發(fā)電廠的應(yīng)用

長春工程學(xué)院電氣工程與自動化05級

盧斌

內(nèi)容摘要：介紹變頻調(diào)速的方法和節(jié)能原理，對高壓變頻調(diào)速同液力耦合器調(diào)速進行經(jīng)濟比較，分析了風(fēng)機、水泵的節(jié)能情況，認為變頻調(diào)速技術(shù)方案已經(jīng)成熟，節(jié)電效果顯著，一定會在各電廠得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變頻； 調(diào)速； 液力耦合器； 節(jié)能； 降低廠用電

高壓交流變頻調(diào)速是2o世紀9o年代迅速發(fā)展起來的一種新型調(diào)速技術(shù)，其性能勝過其它任何一種調(diào)速方式(如：降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、內(nèi)反饋串級調(diào)速和液力耦合調(diào)速)。它以顯著的節(jié)能效益，高精度，寬范圍，完善的電力電子保護功能，以及易于實現(xiàn)的自動通信功能，得到了廣大用戶的認可，在運行的安全可靠、安裝使用、維修維護等方面，也給使用者帶來了極大的便利，使之成為國內(nèi)外企業(yè)采用電機節(jié)能方式的首選。

1 變頻調(diào)速的方法及節(jié)能原理通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機、水泵類

設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速 與流量q、壓力(揚程)h 以及軸功率p具有如下關(guān)系： q1／q2一 1／ 2 (1)

hl／h 2一( 1／ 2) (2)

pl／p2一( 1／ 2) (3)

式中，q 、 、p —— 風(fēng)機(或水泵)在7"／ 轉(zhuǎn)速時的流量、壓力(或揚程)、軸功率； q 、h 、p ——。風(fēng)機(或水泵)在 轉(zhuǎn)速及相似工況下的流量、壓力(或揚程)和軸功率。 由公式(1)、(2)、(3)可知，風(fēng)機(或水泵)的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，壓力(或揚程)與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。

由公式(3)可知，在其它運行條件不變的情況下，通過下調(diào)電機的運行速度，其節(jié)電效果是與轉(zhuǎn)速降落成立方的關(guān)系，節(jié)電效果非常明顯。例如若工況只需要5o 的風(fēng)量或水量，則可以將電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為額定的一半，此時電機消耗的功率僅為額定的12．5 ，即理論上節(jié)能可達87．5 。

2 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)與液力耦力器比較

2．1 液力耦合器存在的主要缺陷

火力發(fā)電廠一般采用液力耦合器進行風(fēng)機調(diào)速，由于液力耦合器本身具有如下技術(shù)缺陷，在電廠中將無法較好地滿足安全生產(chǎn)的要求。

(1)液力耦合器調(diào)速屬耗能型調(diào)速方式，在調(diào)速范圍較大時，產(chǎn)生機械損耗和轉(zhuǎn)差損耗，消耗能量，效率較低，節(jié)能效果一般。

(2)液力耦合器是一種以液體為介質(zhì)，靠液體動量矩的變化傳遞能量的裝置，工作時是通過一導(dǎo)管調(diào)整工作腔的充液量，從而改變傳遞扭矩和輸出轉(zhuǎn)速來滿足工況要求。因此，對工作

腔及供油系統(tǒng)需經(jīng)常維護及檢修。

(3)液力耦合器故障時，無法再用其它方式使其拖動的風(fēng)機運行，必須停電檢修。

(4)采用液力耦合器時，在低速向高速運行過程中，延遲性較明顯，不能快速響應(yīng)，同時這時候的電流較大，如整定不好會引起跳閘，影響系統(tǒng)

的安全穩(wěn)定性。

(5)液力耦合器本身控制精度差，調(diào)速范圍窄，通常在4o％～9o％之間。

(6)電機啟動時，沖擊電流較大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

(7)在高速運行時，液力耦合器有丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象，嚴重時會影響正常運行。從以上情況來看，如果繼續(xù)使用液力耦合器，將會制約電廠節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、增加企業(yè)競爭力的目的。

2．2 高壓變頻器的優(yōu)點

同傳統(tǒng)的液力耦合器比較，高壓變頻器具有以下優(yōu)點：

(1)采用先進的拓撲結(jié)構(gòu)與輸入變壓器副邊多級繞組移相整流技術(shù)，減少了輸出側(cè)的電流諧波，提高了功率因數(shù)，解決了對電網(wǎng)的諧波污染，無需任何濾波或功率因數(shù)的補償。

(2)電動機實現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，峰值電流和峰值時間大為減少，可消除對電網(wǎng)負載的沖擊，避免產(chǎn)生操作過電壓而損傷電機絕緣，延長了電動機和風(fēng)機、水泵的使用壽命。同時，變頻器設(shè)置共振點跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風(fēng)機、水泵會處于共振點運行的可能性，使風(fēng)機、水泵工作平穩(wěn)，軸承磨損減少，啟動平滑，消除了機械的沖擊力，提

高了設(shè)備的使用壽命。

(3)變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多、更靈敏，瞬間過流保護(超過200 額定電流峰值)10 s動作，有效過流保護(15o％額定電流)3 s動作，過載保護(12o％額定電流)1 rain動作，大大加強了對電動機保護

的可靠性。

(4)調(diào)速工段內(nèi)的設(shè)備調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制由機組dcs完成，dcs負責(zé)采集模擬量、開關(guān)量等信號，變頻器輸出的模擬量、開關(guān)量信號全部進入dcs系統(tǒng)，形成閉環(huán)控制，同時實現(xiàn)相關(guān)輔機聯(lián)鎖功能等。

(5)采用變頻調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了擋板、閥門全開，減少了擋板、閥門節(jié)流損失，且能均勻調(diào)速，滿足調(diào)峰需要，節(jié)約了大量的電能，具有顯著的節(jié)電效果。

(6)整機的運行噪音改善明顯。采用液力耦合器時，無論低速高速，由于電機均處于工頻運行，整機的噪音明顯，達到9o db左右；但是進行變頻改造后，整機的運行頻率下降至40 hz左右，電機的運行噪音明顯下降，低于8o db，在低速運

行時基本上聽不到噪音，達到65 db以下，大大改善了現(xiàn)場的噪音污染。

(7)由于電機降速運行及工作在高效區(qū)，電合器時的59℃下降至44 c，電機前后軸承的溫度都有相應(yīng)的下降，延長了風(fēng)機系統(tǒng)的使用壽命。

(8)低負荷下轉(zhuǎn)速降低，減少了機械部分的磨損和振動，延長了風(fēng)機大修周期，可節(jié)省大量的檢修費用。

(9)日常維護保養(yǎng)工作量和費用下降。采用液力耦合器估計每年的維護費用在5萬元左右，采用變頻器后，這項費用下降為數(shù)千元左右。

(10)采用液力耦合器時的調(diào)速范圍具有很大限制，而用變頻器可實現(xiàn)智能調(diào)速，調(diào)頻范圍0～ 50 hz，大大地增強了工藝調(diào)節(jié)能力。

2．3 高壓變頻調(diào)速同液力耦合器調(diào)速經(jīng)濟比較為了檢測高壓變頻裝置的節(jié)能情況，某電廠在風(fēng)機上采用液力耦合器與某公司的harsvert—a高壓變頻裝置調(diào)速做對比試驗，數(shù)據(jù)如下。

(1)采用變頻器拖動風(fēng)機時高速狀態(tài)：

p1= ~／r ulcos~=1．732×6．3×40．2×0．96= 419．01(kwww.hmlawpc.comainly give out profound discussion about the three-phase asynchronization electric motor's interlocks, mutual locks, sequence connection, the star angle varies, multiple spot controls in different places, the automation intercourse controls and so on, based on experimental method, the design of control circuit of ca6140 type of general lathe and x62w type universal miller is carried out.

key words： low pressure control electrical equipment;control circuit; three-phase asynchronization electric motor

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